一种凸透镜会聚立体光路实验演示仪制造技术

公开了一种凸透镜会聚立体光路实验演示仪，包括旋转盘、透明大箱体、凸透镜模组、烟雾器、激光器组电动系统，透明大箱体置于旋转盘上方，凸透镜模组可移动地设置于透明大箱体中部，激光器组电动系统设置于透明大箱体的一侧，透明大箱体上设置有通孔，用于连通烟雾器灌入烟雾，激光器组电动系统中多个激光笔在旋转座的同一圆周上等间隔平行设置，电动机驱动旋转座带动激光笔旋转，利用调速器控制转速，以使得激光笔从慢速到快速旋转时，激光笔发出的光束由疏到密形成空心光柱，空心光柱通过凸透镜模组在透明大箱体内会聚。本实用新型专利技术实现了光经过透镜后形成的锥体状光路的全方位、三维立体观测，实现实验过程从特殊性到普遍性，探究方法更科学更完整。探究方法更科学更完整。探究方法更科学更完整。

An experimental demonstrator of convex lens convergent stereoscopic light path

【技术实现步骤摘要】
一种凸透镜会聚立体光路实验演示仪


[0001]本技术涉及一种物理实验装置，并且特别涉及一种凸透镜会聚立体光路实验演示仪。

技术介绍

[0002]八年级学生在《光的折射》基础上，学习《科学探究：凸透镜成像》。第一课时要求学生了解透镜的基本知识，它是后面学习透镜成像规律以及透镜在日常生活中应用的基础。然而学生在理解光心、焦点、焦距这几个核心概念以及透镜对光的作用是有一定难度的。尽管教师在课堂上试图通过演示实验建构关于透镜的核心概念，但国内现有的关于凸透镜会聚作用的实验研究存在以下局限：
[0003]1.传统的“几条特殊光线会聚法”，光束在竖直平面会聚光路，只停留在特殊情况的研究，探究方法缺乏普遍性意义，显得科学性及完整性不足，导致有些同学常常对“空间中任意平行于凸透镜主光轴的光是否都会会聚在同一点”存在疑问。
[0004]2.“太阳光光斑观察法”需要到户外进行，且上课时很多时候没有阳光；尽管有阳光也无法呈现光路，缺乏直观性。此方法只能延伸到课外才能进行，实际多数同学没有去做。
[0005]3.“非正射平行光会聚实验”，是中考的考点，这个实验表面上看是简单，但是没有特定暗室及实验专用配件是很难完成的。目前国内教育部《中学理科实验配备目录》没有配套与此相关的实验器材内容，老师只能在黑板画光路图给同学看，停留在理论板演层面，导致有些同学存在“平行光经过凸透镜的会聚点即焦点”的片面认识，表现经常在作业及考试出现错误。

技术实现思路

[0006]针对现有的凸透镜会聚作用实验装置存在以下的问题：(1)“几条特殊光线会聚法”所使用的是线状光源，光现象缺乏空间立体感，观察范围小。(2)“几条特殊光线会聚法”探究方法层面只停留在特殊情况的研究，显得科学性及完整性不足，容易使学生对空间中任意平行于凸透镜主光轴的光是否都有会聚在同一点存疑。(3)“太阳光会聚法”需要阳光充足的户外环境，且上课时又不恰逢有阳光，尽管有阳光，实验无法呈现光路，只能看到光斑，缺乏直观性。(4)“非正射平行光会聚实验”，表面上看是简单，但是没有特定暗室及实验专用配件是很难完成的。目前国内教育部《中学理科实验配备目录》没有配套与此相关的实验器材内容，老师只能在黑板画光路图给同学看，停留在理论板演层面，导致有些同学存在“平行光经过凸透镜的会聚点即焦点”的片面认识，表现经常在作业及考试出现错误。(5)使用白板做光屏，实验需要暗室，对比度差。水雾环境不均匀，光路不稳定,不利于观察。由于没有经历基于有效实验的知识建构环节，学生的学习仅能停留在浅层学习机械记忆。为了解决初中物理凸透镜实验已存在几十年的疑难老问题，经过长时间的实践，逐步研究摸索，设计了一种凸透镜会聚立体光路实验演示仪。
[0007]本技术提出了一种凸透镜会聚立体光路实验演示仪，包括旋转盘、透明大箱体、凸透镜模组、烟雾器、激光器组电动系统，透明大箱体置于旋转盘上方，凸透镜模组可移动地设置于透明大箱体中部，激光器组电动系统设置于透明大箱体的一侧，透明大箱体上设置有通孔，用于连通烟雾器灌入烟雾，激光器组电动系统包括可调倾角的支架、第一激光笔、电动机、旋转座和调速器，多个第一激光笔在旋转座的同一圆周上等间隔平行设置，电动机驱动旋转座带动第一激光笔旋转，利用调速器控制转速，以使得第一激光笔从慢速到快速旋转时，第一激光笔发出的光束由疏到密形成空心光柱，空心光柱通过凸透镜模组在透明大箱体内会聚。
[0008]在一些具体的实施例中，凸透镜模组包括凸透镜和无轨可升降透镜支架，透镜支架包括底座和透镜夹板，透镜夹板将凸透镜固定夹持于底座上。
[0009]在一些具体的实施例中，透镜夹板包括两片中部具有放置凸透镜的半圆凹槽结构板，且两个透镜夹板之间通过中部螺丝紧固配合，通过调节两个透镜夹板与底座的夹紧力来调节凸透镜的高度。凭借该设置可以方便进行凸透镜的固定以及凸透镜高度的调节。
[0010]在一些具体的实施例中，透明大箱体的底部设置有用于测量物距与像距的刻度尺。
[0011]凭借该设置可以便于直观的获取物距像距的数值。
[0012]在一些具体的实施例中，旋转座包括两对平行设置的轴承，轴承的外圈与支架固定，内圈设置有固定座，固定座上开设有用于放置第一激光笔的孔位，第一激光笔平行装设于两固定座的孔位中。凭借该设置能够保证第一激光笔在旋转过程中的稳定性，避免激光笔在旋转时不平行导致影响实验结果。
[0013]在一些具体的实施例中，在第一激光笔照射方向的另一侧箱壁贴覆有黑色薄铝片。凭借该设置可以吸收第一激光笔发出的光束，避免射线伤害到观察人群。
[0014]在一些具体的实施例中，透明大箱体的一侧设置有第二激光笔，第二激光笔高度可调且设置于凸透镜的光心上。
[0015]在一些具体的实施例中，第一激光笔与第二激光笔的光束颜色不一致。凭借该设置可以形成对比，以第二激光笔作为光心的参照观察倾斜的第一激光笔发出的光束射入透镜后会聚于主光轴下方(或上方)的立体光路的可视化。
[0016]在一些具体的实施例中，透明大箱体和支架均由亚克力板拼接，支架的一端设置有用于放置升降位移台的空腔。利用亚克力板实现箱体和支架的拼装，可以便于演示仪的观察和制作。
[0017]在一些具体的实施例中，升降位移台包括底板、X型架、顶板、调节杆和调节旋钮，底板和顶板通过X型架连接，调节杆穿过X型架一侧底部连接杆并与另一侧底部连接杆固定，通过调节旋钮控制调节杆调整X型架的底部间距进而控制顶板与底板之间的距离，使得支架倾斜以调节光柱的倾角。凭借该升降位移台可以控制支架的倾斜，实现光源斜射入透镜后会聚于主光轴下方(或上方)的立体光路的可视化。
[0018]本技术的一种凸透镜会聚立体光路实验演示仪具备如下的有益效果：(1)制作转速可控式旋转激光器组及支架实现立体光路呈现：
①
以圆设置的旋转中心在其圆周方向预设相等间隔的平行激光器，电动机带动激光器组。转速可控的技术功能，实现操作演示由静态到慢转两个实验过程，静态时展现几条特殊光线会聚法(特殊性意义)，慢转时呈现
任意空间平面(倾角不同平面)下凸透镜对光的会聚作用(过渡作用)。
②
调节电机转速，由慢转到快转过程，利用人眼视觉暂留，平行激光器产生空心柱状立体光束，射向透镜，在另一侧形成锥状光束(普遍性意义)。本实验装置从三线光源到旋转平行光束、柱状光束的光源变化，实现从线状的会聚效果到空心锥状光束、实心锥状光束的柱状立体的会聚效果呈现，实现观察凸透镜会聚由平面光路到立体光路的形成过程。探究方法从“特殊性意义”过渡到“普遍性意义”，既科学又完整。
[0019](2)在透明箱体灌进烟雾的条件下，设置“旋转激光器组”倾角调节(俯视/仰视)支架，同时在箱体另一侧设置一把高度可调整的激光器，用其水平光束对准凸透镜中心，模拟凸透镜的主光轴作参考，实现平行光斜射凸透镜会聚于主光轴下方(或上方)的立体光路的可视化。
[0020](3)上述实验过程空间立体观察：通过烟雾发生器向箱体灌入少量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凸透镜会聚立体光路实验演示仪，其特征在于，包括旋转盘、透明大箱体、凸透镜模组、烟雾器、激光器组电动系统，所述透明大箱体置于所述旋转盘上方，所述凸透镜模组可移动地设置于所述透明大箱体中部，所述激光器组电动系统设置于所述透明大箱体的一侧，所述透明大箱体上设置有通孔，用于连通所述烟雾器灌入烟雾，所述激光器组电动系统包括可调倾角的支架、第一激光笔、电动机、旋转座和调速器，多个所述第一激光笔在所述旋转座的同一圆周上等间隔平行设置，所述电动机驱动所述旋转座带动所述第一激光笔旋转，利用所述调速器控制转速，以使得所述第一激光笔从慢速到快速旋转时，所述第一激光笔发出的光束由疏到密形成空心光柱，所述空心光柱通过所述凸透镜模组在所述透明大箱体内会聚。2.根据权利要求1所述的凸透镜会聚立体光路实验演示仪，其特征在于，所述凸透镜模组包括凸透镜和无轨可升降透镜支架，所述透镜支架包括底座和透镜夹板，所述透镜夹板将所述凸透镜固定夹持于所述底座上。3.根据权利要求2所述的凸透镜会聚立体光路实验演示仪，其特征在于，所述透镜夹板包括两片中部具有放置所述凸透镜的半圆凹槽结构板，且两个所述透镜夹板之间通过中部螺丝紧固配合，通过调节两个所述透镜夹板与所述底座的夹紧力来调节所述凸透镜的高度。4.根据权利要求1所述的凸透镜会聚立体光路实验演示仪，其特征在于，所述透明大箱体的底部设置有用于测量物距...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡元桢，
申请(专利权)人：福建省同安第一中学，
类型：新型
国别省市：